美軍數據鏈的發展及應用*

張 強 郭克平

(中國空空導彈研究院 洛陽 471009)

1 引言

未來戰爭是聯合作戰下的體系對抗,聯合作戰的本質是戰場資源的有效共享。指揮、控制、通信、計算機、情報、監視與偵察系統(C4ISR)發展的最終目標是使作戰單元之間的信息無縫交換,高度互操作,為戰略、戰役、戰術各個層次的指揮員快速、準確地決策提供保障。數據鏈鏈接了C4ISR系統與武器平臺,是C4ISR系統功能的延伸和決策優勢的體現,是將信息優勢轉化為戰斗力的關鍵裝備和有效手段。美國自上世紀50年代起就開始發展數據鏈,截止目前,美軍先后研制裝備了40余種數據鏈體系,其中主要包括:Link-4、Link-11、Link-16、Link-22數據鏈和通用寬帶數據鏈CDL。通過對以上幾種數據鏈發展及應用的對比分析,探討了數據鏈在未來網絡中心戰中的重要性。

2 Link-4和 Link-11數據鏈

Link-4是用于向戰斗機傳送無線電引導指令的非保密UHF數據鏈,始于美國海軍20世紀40年代末期開始研制的戰術數字信息鏈TADIL-C。Link-4經過不斷改進,由最初的單向 Link-4發展成為支持雙向傳輸的Link-4A和Link-4C,并且功能也擴展到可支持海/地面平臺與機載平臺之間進行數據通信。

Link-4A是用于對飛機進行自動化控制的非保密數據鏈。它工作在UHF頻段(225.000MHz～399.975MHz),數據傳輸速率可達5000bps;信號采用FSK調制,信道間隔為 25kHz。Link-4A既可以作為單向鏈路,也可以作為雙向鏈路[1]。目前,美國海軍(包括航母、導彈巡洋艦等艦船以及E-2C、F-14、F/A-18 等作戰飛機)、海軍陸戰隊(包括戰術空中作戰中心、EA-6B、海上空中交通控制等)和美國空軍(控制報告中心/控制報告單元、E-3預警與控制飛機)三個軍種都裝備有Link-4A數據鏈系統。Link-4C是北約為擴充 Link-4A功能而開發的一種戰斗機-戰斗機專用戰術數據鏈。Link-4C的應用并不很廣泛,到目前為止僅有F-14戰斗機配備有Link-4C。

Link-11(11號戰術數據鏈)的研發始于20世紀60年代,并于70年代開始服役。Link-11數據鏈工作在 HF短波頻段(15MHz～30MHz)和UHF超短波頻段(225MHz～400MHz),它有兩種標準傳輸速率:1200bps或2400bps,實際使用的是1364bps(每秒45.45幀,每幀時間為22.0ms)或2250bps(每秒75幀,每幀時間為 13.33ms)[1]。Link-11數據鏈除廣泛應用在美國海軍艦艇及艦載機上外,美國空軍、陸軍以及海軍陸戰隊也配備了Link-11。

3 Link-16數據鏈

Link-16又稱戰術數字信息鏈 J(TADIL-J),1994年美國國防部將其確定為C3I系統的主要數據鏈,并在可能時作為武器系統數據鏈。Link-16比Link-11和 Link-4晚出現 20多年,它不但比Link-11和Link-4的能力強,而且還具備它們所沒有的功能。與Link-11和Link-4相比,Link-16的特點如下[1]:

1)高的多的數據吞吐率;

2)能交換更多種類的信息,信息粒度更為精細;

3)更多的成員數量;

4)能滿足各種功能對響應時間的要求;

5)更高的抗干擾能力;

6)更好的安全性;

7)具有集成通信、導航和識別功能;

8)提供保密、抗干擾數字話音通信;

9)設備體積小,適用于裝備戰斗機和攻擊機。

圖1 Link-16的能力

聯合戰術信息分發系統/多功能信息分發系統(JTIDS/MIDS)是Link-16的通道系統,是一種采用同步時分多址(TDMA)接入方式的無線數據廣播網絡。JTIDS/MIDS以任意指定的一個成員的時鐘為基準,其他成員的時鐘與之同步,形成同一的系統時間。為使廣播有序進行,JTIDS/MIDS把系統時間劃分為時元和時隙。時元長12.8min,每個時元又劃分為3﹡215=98304個時隙,時隙分為A、B、C 三組,每組時隙的編號為0～32767,是交叉安排的。通過Link-16,各平臺把自己所產生的信息放入公共信息池,同時又從公共信息池中取出自己所需的信息。

Link-16數據鏈路工作在UHF頻段,系統流量1.0Mbit/s(20個網絡),調制方式采用最小移頻鍵控(MSK),抗干擾措施有調頻、直接序列擴頻和糾錯編碼[2]。

美軍現在已裝備 Link-16(JTIDS/MIDS)的平臺有:航空母艦、核動力潛艇、E-2C空中預警機、F-14D戰斗機、空中作戰中心、E-3機載預警與控制系統(AWACS)、機動空中作戰中心、“愛國者”戰區高空防御系統、陸軍數據分發系統(ADDS)、陸軍戰區導彈防御戰術作戰中心、戰術空中作戰中心等[3]。

4 Link-22數據鏈

美國海軍和北約國家在20世紀80年代發起“北約改進Link-11”(NILE)項目計劃,研制新型戰術數據鏈,旨在能用較低的費用來更新他們于60年代研發的Link-11,最終取代Link-11和補充完善 Link-16戰術功能。Link-22強調以下戰術能力[1]:

1)符合北約參謀部要求(1990年3月9日)。

2)在密集的通信對抗環境里,增加戰術數據傳輸的時間和傳輸高優先級的作戰指揮和警報。

3)改進并最終能取代Link-11和補充完善Link-16。

4)改進盟軍互操作能力和增強指揮作戰能力。

Link-22是一種抗電子干擾、保密可靠、靈活機動的中速率戰術數據鏈,它采用時分多址(TDMA)結構,將系統時間分割成微時隙(MS),微時隙長度與系統通信介質有關;Links-22也支持動態時分多址(DTDMA)模式操作,在不明顯中斷網絡運行的情況下,動態修改網絡循環結構(NCS)。

Link-22系統配置如圖2,一個NU單元的功能配置包括戰術數據系統(TDS)、數據鏈處理器(DLP)、人機接口(HMI)、系統網絡控制器(SNC)、鏈路層控制(LLC)、4個信號處理控制器(SPC)和無線收發設備以及日時間(TOD)基準。Link-22在UHF(225MHz～400MHz)和 HF(3MHz～30MHz)頻段工作。Link-22選擇發射功率控制以降低截獲概率,選擇跳頻和自適應天線以抑制電磁干擾和射頻干擾;它能使用消息確認技術,以犧牲高數據傳輸速率為代價,以增強可靠性(多次重復)傳輸消息;它使用現代檢錯和糾錯技術冗余誤碼檢測,同時還提供更加靈活的自主網絡管理能力,支持動態TDMA重新分配時隙和優化時隙分配。

圖2 Link-22系統配置

美國海軍是美國當前唯一的有意向使用Link-22的軍兵種。在初始部署階段,估計不會多于5%的美國平臺裝備Link-22。美國海軍計劃在水面艦艇的指控平臺部署 Link-22,以補充完善 Link-16的超視距戰術數據交換。美國其他軍兵種將來可能使用Link-22,以替代過時的Link-11B。

5 通用寬帶數據鏈CDL

通用寬帶數據鏈于20世紀70年代誕生,至今已有30多年的發展歷程,在此期間,通用寬帶數據鏈逐漸得到了認可,由美軍高空偵察平臺專用的數據鏈發展成為北約偵察情報傳輸的主要數據鏈之一。

按定義,CDL是一種全雙工、抗干擾、點對點的寬帶數字數據鏈,工作在X或Ku波段(通常地/海面終端會配備雙波段工作能力,而機載終端則只能工作在X波段或Ku波段)。

CDL主要用于實現ISR(情報、監視、偵察)平臺與地面站及其他作戰節點間情報數據交換。CDL可提供“標準”的前向鏈路和返向鏈路業務:前向鏈路數據傳輸速率為200kbit/s(BPSK擴頻調制),提供向空中平臺輸出數據的業務(平臺和傳感器的指令、保密話音、測距和導航修正數據等);返向鏈路數據傳輸速率為10.7Mbit/s、137Mbit/s、274Mbit/s,還支持更高速率(OQPSK調制),提供傳送空中平臺數據業務(傳感器數據、平臺導航數據及保密話音等)。為了滿足不同用戶和任務的需求,美軍發布的CDL規范中定義了一系列波形,以支持其定義的5類應用數據鏈如表1。CDL的主要功能包括[1]:

1)飛行平臺高速數據偵察信息的實時回傳;

2)飛行參數和飛行平臺上的設備工作狀態的實時回傳;

3)具有保密、抗干擾的前向指令傳輸;

4)飛行參數、定位參數的重要參數的注入;

5)具有對飛行平臺的跟蹤定位功能;

6)空中平臺的數據交互和協同組網;

7)戰場偵察信息的分發;

8)空中數據中繼。

美空軍U-2偵察機最早配備通用寬帶數據鏈,除U-2偵察機外,RC-135“聯合鉚釘”信號情報偵察飛機、E-3預警機、E-8偵察機、F-16戰斗機“戰區機載偵察系統”吊艙等也都配備了通用寬帶數據鏈。美海軍艦船、部分無人機、直升機(SH-60R“海鷹”反潛直升機)以及P-3C偵察機也都配備了通用寬帶數據鏈,它極大地促進了這些海軍作戰平臺與其他平臺的溝通。

表1 CDL定義的5類數據鏈

6 美軍數據鏈的發展方向

雖然Link-4數據鏈存在可靠性差、數據吞吐率不高、抗干擾能力差等問題,但Link-16暫時還無法取代 Link-4A的航母自動著艦功能。預計Link-4數據鏈將于2015年左右完全退役。

Link-16在實際作戰中取得了良好的效果,但隨著作戰樣式的向前推移,尤其是全球信息柵格和遠程精確打擊的需要,Link-16逐漸表現出傳輸距離有限;輸出速率不足;動態性能較差。針對以上不足,國外采取了發展衛星數據鏈和研發新型數據鏈,如在Link-16的技術體制和J系列消息標準的基礎上,美國提出了戰術瞄準網絡技術(TTNT)數據鏈,T TNT可以完全兼容 Link-16,單個平臺的數據傳輸速率可達(收/發)(9.6Mbit/s)/(2Mbit/s),并且具有良好的動態性能。

美國和北約國家正在開發和試驗的 Link-22數據鏈由單系統結構發展到多系統結構,由于此結構中,每1個終端含有4個通道的數據鏈設備,又增加了數據鏈處理器,使得數據鏈網絡的結構體系可以由單網發展到多網工作。這樣網絡結構更加堅固,具有更強的容錯能力[4]。

未來戰爭的信息化和網絡化,呼喚著美軍通用寬帶數據鏈新技術的出現,其主要表現在擴大CDL數據鏈的應用范圍;提高其戰術性能;擴大傳輸距離;提高全天時工作能力和抗干擾能力等;采用無中心網絡技術;發展軟件化通用寬帶數據鏈[5]。

7 結語

美軍正在不斷完善現有單一的數據鏈,另一方面向多種傳輸信道、多種傳輸體制、多個數據鏈綜合互操作方面發展,以滿足作戰需要。單一數據鏈體制朝著高速率、大容量、抗干擾的方向發展。由于數據鏈是全球信息柵格(GIG)的重要組成部分,也是實施網絡中心戰的重要信息手段,美軍正在研制、部署適于未來戰爭應用的各種數據鏈并改進現有的一些數據鏈使其更好地服務于網絡中心戰。

[1]駱光明,楊斌,邱致和.數據鏈-信息系統連接武器系統的捷徑[M].北京:國防工業出版社,2008:40～56,88～94,174～192

[2]吳德偉,高曉光.戰術數據鏈的建設與發展[J].火力與指揮控制,2004,29(1):12

[3]蘭漢平,丁峰.戰術數據鏈技術現狀及發展研究[J].艦船電子工程,2004,24(5):38

[4]張友愛.戰術數據鏈技術的發展趨勢[J].艦船科學技術,2008,30(增刊):4

[5]羅敏.數據鏈技術的發展及其應用[J].電子工程師,2008,34(9):51